그리스 조성물 및 기계 부재{Grease composition and machine member}

본 발명은 그리스 조성물 및 기계 부재에 관한 것으로, 특히 자동차 전장/보조기기용 롤링 베어링이나 등속 조인트에 적합하게 사용되는 그리스 조성물 및 이를 봉입한 롤링 베어링, 등속 조인트에 관한 것이다.

롤링이나 롤링 슬라이딩 윤활에서 사용되는 윤활부의 수명은 피로, 즉 박리이다. 이 박리를 방지하여 수명을 연장하기 위해서는 윤활하는 양면의 직접 접촉 기회를 감소시키는 것이 요구된다. 이 양면을 접촉시키지 않는 방법으로서, 일반적으로는 윤활유 즉 그리스의 베이스 오일의 점도를 높게 하여 유막을 두껍게 하는 대책이 수행되고 있다.

그러나, 이 효과를 발휘시키기 위해서는 어느 정도의 증점제의 양이 필요하다. 한편, 증점제가 너무 많으면 그리스 조성물이 윤활부에 잘 유입하는 성질이 손상되기 때문에, 그 대책도 요구된다.

이러한 그리스 조성물의 유입성은, 윤활되는 기계 부재가 자동차 등속 조인트, 기어, 롤링 베이링인 경우에 강하게 요구된다.

자동차 전장/보조기기용 롤링 베어링에 사용되는 그리스로는 주로 합성 탄화수소유나 페닐에테르계 합성유를 베이스 오일로 한 디우레아 그리스가 사용되고 있 다. 디우레아 그리스 중에서는 특히 방향족 디우레아가 고온 내구성을 이유로 사용되는 경우가 많다.

그러나 이 종류의 그리스는 그리스의 윤활부로의 유입성이 부족하여, 윤활제 부족에 의한 박리가 발생한다.

한편, 증점제에 의해 유입성을 부여한 예로서, 일본 특허 제 2979274호에는 50질량%를 초과하는 양의 에테르계 합성유를 포함하는 베이스 오일에, 필수 성분으로서 일반식 R ² -NHCONH-R ¹ -NHCONH-R ³ (식 중, R ¹ 는 탄소수 6~15인 2가 방향족 탄화수소기를 나타내고, R ² 및 R ³ 는 서로 동일하거나 다른 기로서, 시클로헥실기, 탄소수 7~12인 시클로헥실 유도체기 또는 탄소수 8~20인 알킬기를 나타낸다)으로 표시되는 디우레아 화합물 중 적어도 1종으로 이루어지는 동시에 시클로헥실기 또는 그 유도체기의 함유율[{시클로헥실기 또는 그 유도체기의 수)/(시클로헥실기 또는 그 유도체기의 수+알킬기의 수)×100}이 50~100%인 겔화제를 함유시킨 것을 특징으로 하는 그리스가 제안되어 있지만, 증점제의 양이 부족하여 박리를 개선시키는 데에는 이르지 못하고 있다.

본 발명의 목적은 증점제량이 많아 박리를 장기간 효과적으로 방지할 수 있는 동시에, 유입량이 우수한 그리스 조성물 및 이를 봉입한 기계 부재를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 등속 조인트나 기어, 롤링 베어링 등의 기계 부재에 사용했을 때, 윤활부로의 그리스 조성물의 유입성이 개선되어, 고온 환경하에서도 피로 수명이 긴 그리스 조성물 및 이를 봉입한 기계 부재를 제공하는 것이다.

본 발명은 이하에 나타내는 그리스 조성물 및 이를 이용한 기계 부재를 제공하는 것이다.

1. 증점제와 베이스 오일을 포함하는 그리스 조성물에 있어서, 증점제가 하기 식(I)으로 표시되는 디우레아 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 그리스 조성물.

(식 I)

R ¹ -NHCONH-R ² -NHCONH-R ³

식 중, R ¹ , R ³ 는 페닐기 및/또는 시클로헥실기이고, R ² 는 탄소수 6~15인 2가의 탄화수소기이며, R ¹ , R ³ 의 시클로헥실기/(시클로헥실기+페닐기)는 0.95~0.10(몰비)이다.

2. 베이스 오일이 광물유를 함유하는 상기 1에 기재된 그리스 조성물.

3. 베이스 오일이 페닐에테르계 합성유를 함유하는 상기 1에 기재된 그리스 조성물.

4. 롤링 윤활부 및/또는 롤링 슬라이딩 윤활부용인 상기 1 내지 3 중 어느 한 항에 기재된 그리스 조성물.

5. 자동차 등속 조인트 및/또는 기어용인 상기 1 내지 4중 어느 한 항에 기재된 그리스 조성물.

6. 롤링 베어링용인 상기 1 내지 4 중 어느 한 항에 기재된 그리스 조성물.

7. 상기 1 내지 4 중 어느 한 항에 기재된 그리스 조성물을 봉입하여 이루어지는 기계 부재.

8. 기계 부재가 자동차 등속 조인트 및/또는 기어인 상기 7에 기재된 기계 부재.

9. 기계 부재가 롤링 베어링인 상기 7에 기재된 기계 부재.

본 발명의 그리스 조성물은 충분한 증점제량을 갖는 동시에 윤활부로의 그리스 조성물의 유입성이 개선되어 있기 때문에, 기계 부재, 예를 들면 등속 조인트나 기어, 베어링의 피로 수명이 길다.

본 발명의 그리스 조성물은 롤링 베어링 전반에 적용할 수 있다. 특히 박리가 문제가 되고 있는 자동차 전장/보조 기기용 롤링 베어리에 적합하게 사용된다. 이러한 베어링으로는 카 에어컨용 전자 클러치, 중간 풀리, 아이들러 풀리, 텐션 풀리 등에 사용되는 베어링이나 올터네이터 등에 사용되는 베어링이 있다.

또한, 본 발명의 그리스 조성물은 젯파형, 바필드형 등의 고정형 등속 조인트나 더블 오프셋형, 크로스그룹형 등의 슬라이드형 등속 조인트 등의 등속 조인트에도 적합하게 사용된다.

일반적으로 롤링이나 롤링 슬라이딩 윤활의 시스템에서는 박리가 수명이 되므로, 이 개선이 요구된다. 본 발명은 특정의 디우레아계 증점제를 사용한 그리스 조성물이, 윤활하는 양면의 직접 접촉을 유효하게 방지하여, 베이스 오일의 점도를 높이지 않고도 내박리성을 향상시킬 수 있다는 지견에 기초하여 완성된 것이다. 특정의 디우레아 화합물을 증점제로서 함유하는 본 발명의 그리스 조성물은 롤링의 윤활면에 용이하게 들어가 양면의 금속의 직접 접촉을 방지하여, 박리를 효과적으로 방지한다.

본 발명의 그리스 조성물에 사용되는 베이스 오일은 특별히 한정되지 않으며, 통상 그리스 조성물의 베이스 오일로서 사용되고 있는 것이 사용 가능하고, 40℃에서의 동점도가 바람직하게는 10~400㎟/s, 보다 바람직하게는 20~250㎟/s, 더욱 바람직하게는 40~150㎟/s인 베이스 오일이 바람직하다.

베이스 오일의 구체예로는 광유, 합성유, 천연유 등을 들 수 있다. 합성유로는 탄화수소계유, 방향족계유, 에스테르계유, 에테르계유 등을 들 수 있다. 탄화수소계유로는 노르말파라핀, 이소파라핀, 폴리부텐, 폴리이소부틸렌, 1-데센올리고머, 1-데센과 에틸렌코올리고머 등의 폴리-α-올레핀 또는 이들의 수소화물 등을 들 수 있다. 방향족계유로는 모노알킬벤젠, 디알킬벤젠 등의 알킬벤젠, 혹은 모노알킬나프탈렌, 디알킬나프탈렌, 폴리알킬나프탈렌 등의 알킬나프탈렌 등을 들 수 있다. 에스테르계유로는 디부틸세바게이트, 디-2-에틸헥실세바게이트, 디옥틸아디페이트, 디이소데실아디페이트, 디트리데실아디페이트, 디트리데실글루타레이트 등의 디에스테르유, 트리메리트산에스테르, 피로메리트산에스테르 등의 방향족 에스테르유, 트리메틸올프로판에스테르, 펜타에리스리톨에스테르, 디펜타에리스리톨에스테르 등의 폴리올에스테르유, 다가알콜과 이염기산ㆍ일염기산의 혼합 지방산과의 올리고에스테르인 컴플렉스 에스테르유 등을 들 수 있다. 에테르계유로는 폴리에틸 렌글리콜, 폴리프로필렌글리콜, 폴리에틸렌글리콜모노에테르, 폴리프로필렌글리콜모노에테르 등의 폴리글리콜, 모노알킬트리페닐에테르, 알킬디페닐에테르, 펜타페닐에테르, 테트라페닐에테르, 모노알킬테트라페닐에테르, 디알킬테트라페닐에테르 등의 페닐에테르유 등을 들 수 있다. 그 외의 합성유로는 트리크레딜포스페이트, 실리콘유, 퍼플루오로알킬에테르 등을 들 수 있다. 천연유로는 유지, 돈지, 대두유, 채종유, 쌀겨유, 야자유, 팜유, 팜핵유 등의 유지계유 또는 이들의 수소화물을 들 수 있다. 이들 베이스 오일은 1종을 단독으로 사용할 수도, 2종 이상의 혼합물로 하여 사용할 수도 있다.

특히, 광유, 알킬디페닐에테르가 바람직하다.

본 발명의 그리스 조성물에 사용되는 증점제는 상기 식(I)으로 표시되는 디우레아 화합물이다. R ¹ , R ³ 는 페닐기 및/또는 시클로헥실기이고, R ¹ , R ³ 의 시클로헥실기/(시클로헥실기+페닐기)는 몰비로 0.95~0.10이며, 바람직하게는 0.90~0.15이다.

식(I)에 있어서, R ² 는 탄소수 6~15인 2가의 탄화수소기로서, 예를 들면 직쇄형 또는 분기형의 알킬렌기, 직쇄형 또는 분기형의 알케닐렌기, 시클로알킬렌기, 방향족기 등을 들 수 있다.

본 발명에 사용하는 디우레아계 증점제는 예를 들면, 소정의 디이소시아네이트와 소정의 모노아민을 반응시킴으로써 얻을 수 있다. 디이소시아네이트의 바람직한 구체예는 디페닐메탄-4,4'-디이소시아네이트(MDI), 토릴렌디이소시아네이 트(TDI)이다.

모노아민으로는 아닐린 및 시클로헥실아민의 혼합물을 소정의 비율로 사용한다. 디이소시아네이트와 아닐린으로부터 얻어지는 디우레아와, 디이소시아네이트와 시클로헥실아민으로부터 얻어지는 디우레아를 상기 소정의 비율로 혼합하여 사용할 수도 있다.

본 발명의 그리스 조성물 중의 증점제의 함유량은 필요한 점도를 얻는데 적절한 양이면 좋으며, 통상은 그리스 조성물의 전 질량에 대하여, 바람직하게는 1~20질량%, 더욱 바람직하게는 2~20질량%이다.

본 발명의 그리스 조성물에는 예를 들면, 극압 첨가제, 산화 방지제, 방청제, 방식제 등, 통상 그리스 조성물에 사용되는 첨가제를 함유시킬 수 있다.

이하 실시예를 통하여 본 발명을 구체적으로 설명한다.

베이스 오일 중에서 디페닐메탄-4,4'-디이소시아네이트와, 아닐린 및/또는 시클로헥실아민을 소정의 비율로 반응시켜 디우레아 화합물을 제조하고, 이것에 점도가 300이 되도록 베이스 오일을 첨가하여 시험 그리스 조성물을 제조하였다.

사용한 베이스 오일은 이하의 2종류이다.

광유: 500 뉴트럴유(40℃에서의 동점도 100㎟/s)

알킬디페닐에테르유: 모레스코하이루브LB100(마츠무라세키유 연구소제: 40℃에서의 동점도 100㎟/s)

이 그리스 조성물의 피로 수명 시험을 하기의 롤링 4구 시험에 의해 평가하였다.

롤링 4구 시험 방법의 개략

Φ15㎜의 베어링 강구를 3개 준비하여, 저면의 내경(內系) 36.0㎜, 상단부의 내경 31.63㎜, 깊이 10.95㎜의 원통형 용기 내에 두고, 시험 그리스를 20g 도포한다. 이 3개의 강구 위에 Φ5/8인치의 베어링용 강구 1개를 접촉시켜 소정의 회전수로 회전시키면, 하측의 3개의 강구는 자전하면서 공전한다. 이것을 강구면에 박리가 생길 때까지 연속 회전시킨다.

※박리는 가장 면압이 높은 구-구 간에 생긴다.

※피로 수명은 박리가 생긴 시점의 총 회전수로 한다.

시험 조건

시험 강구: Φ5/8인치 베어링용 강구(회전구), Φ15㎜ 베어링용 강구(종동구)

시험 하중(W): 400kgf(6.5Gpa)※

회전 속도(n):1500rpm

시험 반복수: 5(평균 수명: n=5의 평균)

※구-구 간의 최대 헤르쯔압. 6.5Gpa라는 값은 상당히 높은 면압이며, 유막은 상당히 박막으로 되어 있는 상태이다.

그리스 조성물의 조성 및 시험 결과를 표 1 및 표 2에 나타낸다.

식(I)에 있어서, R ¹ 및 R ³ 가 페닐기 100%인 그리스 조성물(예 1 및 예 6)에서는 증점제량이 너무 많기 때문에 그리스 조성물이 윤활부에 충분히 들어가지 않아, 초기에 박리를 일으켜 피로 수명에 이르는 것을 알 수 있다. 한편, 식(I)에 있어서 R ¹ 및 R ³ 가 시클로헥실기 100%인 그리스 조성물(예 5 및 예 10)에서는 디우레아 화합물 농도가 너무 낮기 때문에, 만족할 만한 피로 수명을 얻을 수 없다.

이에 비하여, 식(I)에 있어서 R ¹ 및 R ³ 가 R ¹ , R ³ 의 시클로헥실기/(시클로헥실기+페닐기)가 0.95~0.10(몰비)의 범위 내에 있는 예 2-4 및 예 7-9의 그리스 조성물에서는 박리할 때까지의 시간이 현저하게 길어, CVJ나 기어, 롤링 베어링 등의 박리 방지에 유효함을 알 수 있다.

또한 이 결과는, 본 발명의 그리스 조성물이 내부 기점 박리, 표면 기점 박리 등, 모든 박리 현상의 방지에 유효함을 나타내고 있다.